超声学课件 第三章
超声诊断基础 PPT课件
较高的频率提供了较小的声波间隔（波长），从而 产生较高的分辨率但穿透力较弱
侧向分辨率
侧向分辨率与扫描线的数量，探头的晶片数量及 探头类型及形状探头的透 镜的长度大小。
就象带有广角镜头照像机能拍出好的照片 一样，宽孔径的探头对目标有更好的侧向 解析力.
普勒频移的表达式为：
2vcosθ
当 f0=3MHz fR=3.005MHz
则 fd= fR—f0
=5000Hz =5kHz
fd＝fR—f0 ＝ ────f0
C
fd为多普勒频移；f0为入射频率；fR为反 射频率；c：声波速度，v：血流速度； θ：声波方向与血流方向夹角
所以fd一般都在音频范围内。检出fd后，以声音 发出响声来监听，并通过FFT对fd进行频谱分析，所 以多普勒频移属于声波范畴。
频率与分辨率的关系
较高的发射频率产生较小的声波，即波长较短。 高频信号的回声能产生较小的信号点，更高的结 构分辨率，但其穿透力有限。
高分辨率超声需要高频探头。 低频信号波长较长，能穿透较深但分辨率较差。 低频是必要的，但与高分辨率相矛盾。
频率与分辨率的关系 轴向分辨 率
2.25 MHz
5.0 MHz
第一章 超声的物理基础
第三节 多普勒超声基础
由此可见：当血流流向换能器时，fd为正值(接收频率 高于发射频率)；当血流流离换能器时，fd为负值。当θ 角为π／2时，fd＝0。
频谱多普勒超声仪上常将正 频移设为正向波，负频移为负向 波；而彩色多普勒则将正频移设 为红色，负频移为蓝色。超声仪 将频移转换成速度的公式如下：
第二章 超声仪器
第二节 超声诊断仪的类型
其超声脉冲波的发射与接收均以一个探头进行， 它是在一选择性的时间延迟后，才开始接受回声信号。
超声学课件
超声学课件xx年xx月xx日CATALOGUE目录•超声学基础知识•超声学仪器设备•超声学检查技术•超声学诊断思路与方法•超声学在医学领域的应用•超声学的发展趋势与未来展望01超声学基础知识1 2 3超声波的频率高于人类能够听到的声音频率，因此被称为超声波。
频率高于20000赫兹超声波是一种机械波，不具有电离辐射的特性，因此不会对生物体产生损伤。
非电离辐射超声波的波束较窄，方向性强，适合进行精确的定位和诊断。
方向性强03衰减随着超声波在介质中传播距离的增加，其能量逐渐衰减，影响图像的清晰度。
01传播速度超声波的传播速度与介质的密度和弹性有关，在人体内的传播速度约为1540米/秒。
02反射与折射当超声波遇到不同密度的介质时，会发生反射和折射现象，这是超声诊断的基础。
超声波的发射器利用压电效应将电能转换为机械能，产生超声波。
压电效应接收器将接收到的超声波转换为电信号，供后续处理和显示。
声波转换器超声波的产生与接收02超声学仪器设备超声学仪器设备概述超声学仪器设备分类根据应用领域和功能，超声学仪器设备可分为医疗超声、工业超声、生物医学超声等。
超声学仪器设备组成典型的超声学仪器设备包括超声探头、超声主机、图像处理和显示系统等部分。
超声学仪器设备定义超声学仪器设备是指利用超声波进行检测、诊断和治疗的各种设备和系统。
超声探头定义超声探头是用于产生和接收超声波的装置，是超声学仪器设备的关键组成部分。
超声探头种类根据工作频率、应用领域和特殊要求，超声探头可分为高频探头、低频探头、宽频探头、聚焦探头和非线性探头等。
超声探头原理超声探头基于压电效应，将电信号转换为机械振动，从而产生超声波，并接收反射回来的声波信号，经处理后传输给超声主机。
超声探头的种类与原理超声仪器的功能与应用超声仪器具有多种功能，如图像显示、数据测量、疾病诊断和治疗等。
超声仪器功能医疗超声应用工业超声应用生物医学超声应用医疗超声广泛应用于腹部脏器、心脏、妇产科等领域，对疾病进行诊断和指导治疗。
第三章 超声波检测技术
4）高频型
第三节 超声波换能器的接口电路
一、超声波换能器的驱动电路
二、超声波换能器的接收电路
三、超声波换能器接收发送两用电路
第四节 超声无损检测
A型显示脉冲反射式超声探伤仪
A型显示脉冲反射式超声探伤仪采用按一定频率间隔发射的具 有一定持续时间的超声脉冲波，其探测结果以荧光屏显示，具有 灵敏度高、缺陷定位精度高、适应范围广的优点。
4．时基电路 时基电路即扫描电路，由延时、扫描两部分组成。同步脉冲信号 经延迟后，再去触发扫描电路，产生锯齿波电压，加在显象管的偏 转板上，使使电子束匀速移动进行扫描，扫描光点的移动速度与锯 齿波电压幅度变化成正比，只要控制锯齿波电压的斜率，就可以改 变扫描速度，使之与超声波在介质中的传播时间相一致，从而调整 探测范围。通过延迟一段时间后再进行扫描，可以把需要仔细观测 的某一区域展现在荧光屏上，便于对缺陷波观察。
(2)抗阻塞性。使用单探头探伤时．发射和接收电路将连在一起，因 此将有几百伏的发射信号加到放大器输入端，这使放大器在发射信 号过后的—段时间内不能正常工作．此现象称为阻塞。放大器因阻 塞不能正常放大的时间称为阻塞时间或阻塞区。如果在阻塞时间内 出现缺陷波，则缺陷波将得不到正常放大，这在实际探伤中是不允 计的。因此，在设计和检验放大器性能时，抗阻塞是—个很重要的 指标，必须把阻塞时间减小到探伤允许的范围内。
二、超声波的类型
超声波在介质中传播的波型取决于介质本身的固有特性和边界 条件、对于流体介质(空气、水等)，当超声波传播时，在介质 中只有拉伸形变而没有切变形变发生，所以只存在超声纵波； 在固态介质中，由于切变变形产生，故还存在超声横波。 1．纵波
当介质中的质点振动方向和超卢波传播方向相同时，此种超 声波为纵波波型，以L表示。任何介质，当其体积发生交替变 化时均产生纵波。由于纵波的产生和接收都较容易，所以纵波 在超声波检测中得到了广泛价用。
《超声诊断基础知识》PPT课件
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1
超声医学 （ultrasonic medicine ）
超声医学（ultrasonic medicine）是利用超声波 的物理特性与人体器官、组织的声学特性相互作用
后得到诊断或治疗效果的一门学科。
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2
第一节 超声诊断基础知识
一 、 超声波与超声诊断原理
声波——物体的机械震动在介质（空气、水、固体等）的 传播过程中产生的纵波称为声波。（机械波） • 人耳听觉范围为 16-20000 Hz（赫兹、赫）。
1.方向性（束射性）
2.反射、折射
3.衍射、散射 • 回声反射的强弱由界面两侧介质的声阻抗差决定。
• 声阻抗相差甚大的两种组织（即介质，medium），相邻构成的
4.吸收衰减特性 界面，反射率甚大，几乎可把超声的能量全部反射回来，不再向
深部透射。例如骨骼 — 软组织界面，可阻挡超声向深层穿透。
5.多普勒 ( Doppler ) 效应 • 反之，声阻抗相差较小的两种介质相邻构成的界面，反射率较小， 超声在界面上一小部分被反射，大部分透射到人体的深层，并在
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42
• 声影：声束遇有强反射或声衰减很大的物体时， 其后方出现超声不能达到的区域，形成与声束方 向一致的条状无回声区，称为声影。常见于结石、 骨骼及钙化灶后方。
• 牛眼征(bull’s eye)：团块边缘呈低回声，中心 回声增强，并于增强区内出现光点稀少的暗区， 形似牛眼。常见于转移性肝癌。
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41
人体不同组织回声强度顺序
• 肾中央区（肾窦）＞胰腺＞肝、脾实质＞肾皮质 ＞肾髓质（肾锥体）＞血液＞胆汁和尿液。
• 正常肺（胸膜--肺）、软组织--骨骼界面的回声 最强；软骨回声很低，甚至接近于无回声。
超声医学基础PPT课件
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超声波的发射与接收
超声波的发生是利用逆压电效应
• 当在压电材料两端加一交变电场时，则压电材料出现与
交变电场同样频率的机械振动，将电能变为机械能。这种 效应称逆压电效应。
+++++++
-+-
++ -
---------
+++++++
-
-
-
++ +
---------
超声波发射形成
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超声波的发射与接收
孔径
阵元
阵元是换能器的基本单元 孔径是发射或接收中同时使用的阵元数
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13 1
超声诊断原理与基础
三、超声波的传播
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超声波的传播
超声波在组织内的传播特性
1.反射和折射：超声波在体内传播中遇到不同介质形成的界面时，一 部 分产生反射，另一部分可透过该界面进入下一介质，称为透过，若透过 的声波改变方向传播时，称折射。
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彩色多普勒模式
彩色多普勒技术种类—彩色多普勒组织成像法（TDI）
与CDFI不同点在于采用血流滤波器代替壁滤波器去除低幅高频的血流信息而保 留高幅低频的组织运动信息，一般用来观察心肌组织运动情况。显示的速度范围
在0.03~0.24m/s。
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彩色多普勒模式
边缘增强 余辉
线密度 灰度图
伪彩 帧频
扫描的滚动速度
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2D和M模式
第三章医用超声换能器
第三章医⽤超声换能器第三章医⽤超声换能器应⽤超声波进⾏诊断时，⾸先要解决的问题是如何发射和接收超声波，通过使⽤超声换能器可以解决这个问题。
⽬前医学超声设备⼤多采⽤声电换能器来实现超声波的发射与接收。
声电换能器按⼯作原理分为两⼤类，即电场式和磁场式。
电场式中，利⽤电场所产⽣的各种⼒效应来实现声电能量的相互转换，其内部储能元件是电容，它⼜分为压电式、电致伸缩式、电容式。
磁场式中，是借助磁场的⼒效应实现声电能量的互相转换，内部储能元件是电感，它⼜分为电动式、电磁式、磁致伸缩式。
在医学超声⼯程中，使⽤的最多的是压电式超声换能器。
§3.1 压电效应与压电材料特性⼀、压电效应压电效应是法国物理学家Pierre Curie 和Jacqnes Curie 兄弟于1880年发现的。
图3-1 压电效应⽰意图对某些单晶体或多晶体电介质，如⽯英晶体、陶瓷、⾼分⼦聚合材料等，当沿着⼀定⽅向对其施加机械⼒⽽使它变形时，内部就产⽣极化现象，同时在它的两个对应表⾯上便产⽣符号相反的等量电荷，并且电荷密度与机械⼒⼤⼩成⽐例；⽽且当外⼒取消后，电荷也消失，⼜重新恢复不带电状态，这种现象称为正压电效应，如图3-1。
当作⽤⼒的⽅向改变时，电荷的极性也随着改变。
相反，当在电介质的极化⽅向上施加电场(加电压)作⽤时，这些电介质晶体会在⼀定的晶轴⽅向产⽣机械变形；外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩)。
如果在电介质的两⾯外加交变电场时，电介质产⽣压缩及伸张，即产⽣振动，此振动加到弹性介质上，介质亦将振动，产⽣机械波。
如外加交变电场频率⾼于20KHz，则这种波即是超声波。
超声接收换能器采⽤了正压电效应，将来⾃⼈体中的声压转变为电压。
超声波发射换能器采⽤了逆压电效应，将电压转变为声压，并向⼈体发射。
压电效应是可逆的，压电材料既具有正压电效应，⼜具有逆压电效应。
医学超声设备中，常采⽤同⼀压电换能器作为发射和接收探头，但发射与接收必须分时⼯作。
超声学课件
基于分子生物学和分子影像学原理，利用超声波与特定分子标记物的相互作用，对活体组织进行定性和定量分析的技术。
超声分子成像技术
将超声波与光学、核医学等技术相结合，以提高超声成像的分辨率和灵敏度的技术。
超声融合成像技术
新型超声技术的研究与应用
超声学在交叉学科中的应用拓展
超声学面临的挑战与发展方向
超声波的谐振与频谱
散射
超声波遇到介质中的微小颗粒或不规则物体时，会发生散射现象。
散射系数
描述超声波散射能力的参数，与介质中的微粒大小、形状、密度等因素有关。
超声波的散射与散射系数
超声学的实践应用
04
诊断准确率高
医学超声诊断利用高频声波成像技术，能够准确地检测出人体内部的结构和病变，提高诊断的准确率。
xx年xx月xx日
超声学课件
CATALOGUE
目录
超声学概述超声波的基本性质超声学的基础理论超声学的实践应用超声学的发展趋势与挑战
超声学概述
01
1
超声学的定义
2
3
超声学是研究超声波的产生、传播、接收和检测的科学技术。
超声波是指频率高于20000赫兹的声波，人类无法听到。
通过使用特殊的电子设备，可以产生和检测超声波，并将其应用于各种领域。
在固体、液体和气体中，超声波的传播速度通常较慢。
传播速度慢
超声波的波束较窄，方向性强，适合用于定向传播。
方向性强
在某些介质中，超声波可以穿透并传播很远的距离。
可穿透性
超声波的传播特性
反射
当超声波遇到不同介质时，会在界面上产生反射。
折射
当超声波从一种介质进入另一种介质时，会发生折射。
超声波教材[整理版]
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第三章仪器、探头和试块第一节超声波探伤仪一、超声波探伤仪概述1.作用产生电振荡→激励→放大电信号→显示2.仪器的分类（1）按超声波的连续性分类脉冲波：周期性、不连续、频率不变、根据波幅和传播时间最广泛连续波：连续且频率不变、根据透过超声波强度灵敏度低且不能确定缺陷位臵调频波：连续且频率周期性变化、根据发射波与反射波的差频变化检测面平行的缺陷（2）按缺陷显示方式分类A型显示探伤仪：时间、波幅位臵和大小B型：扫查轨迹、时间 B超平面分布和深度C型：(3)按通道分单通道多通道二、A型脉冲反射式超声波探伤仪的一般工作原理1.仪器电路方框图相当于示波器：包括同步电路、扫描电路、发射电路、接收电路、显示电路和电源电路方框图2.仪器主要组成部分的作用（1）同步电路：触发电路总指挥（2）扫描电路：水平扫描时基线时间（深度粗调、微调、扫描延迟）（3）发射电路 P73 可控硅的开关特性 RC振荡（4）接收电路衰减器、射频放大器、检波器、视频放大器，影响垂直线性、动态范围、探伤灵敏度、分辨力等重要技术指标Kv＝20lgU出/U入（5）显示电路：示波管及外围电路组成（6）电源3.仪器的工作过程：根据工作原理图三、仪器主要开关旋钮的作用及其调整 P75重复频率旋钮：改变发射电路每秒钟发射脉冲的次数，与屏幕亮暗有关四、仪器的维护1.阅读说明书，按要求操作2.搬运仪器防止强烈振动3.避免在强磁场、灰尘多、电源波动大、有强烈振动及温度过高或过低的场合4.防雨、雪、水、机油进入仪器内部（新款仪器坏过、下雨）5.电源（充放电）、电源线不要弯折，插头要抓壳体6.旋钮不宜过猛7.使用后清洁8.潮湿季节，定期通电9.出现故障，关闭电源，请人维修第二节超声波测厚仪原理δ＝1/2ct（脉冲式）使用：调整、测厚（特殊要求）第三节超声波探头一、压电效应某些晶体材料在交变拉压应力作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。
反之，在交变电场的作用下，藏身伸缩变形的效应称为逆压电效应。
超声知识详细版.ppt
物体的机械振动产生波，波的频率取决于物 体的振动频率。频率范围在2×104~ 3×108赫兹的 波称为超声波。
一个多世纪前，科学家们就发现石英等晶体 薄片具有“压电效应”。1928年，R.W.Wood等 人首先应用超声波作为生物学方面的研究手段。 本世纪四十年代，Firestone等人开创了利用超声 波诊断疾病的先例，将工业无损伤检测用的超声 脉冲回波技术，即类似于现代雷达或声纳的回波 测距技术，移用到医院诊断方面，也就是A型超 声仪器，开创了超声显像诊断的历史。.精品课件.9源自A型超声仪器工作原理方框图
.精品课件.
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同步电路（主控振荡器）产生同步脉冲来
同时触发发射电路和扫描电路，使两者同时工 作。发射电路在同步电路发出的触发脉冲作用 下，产生高频振荡波，一方面将此波送入放大 电路进行放大，加至示波器的垂直偏转板上显 示发射波；另一方面激励探头产生一次超声振 荡，并进入人体。人体组织反射回来的微弱的 回波信号经探头接收并转换成电脉冲后，由接 收电路放大、检波后，送至示波器的垂直偏转 板上并显示出来。另外，在同步脉冲作用下， 在示波器的水平偏转板上加时基锯齿波电压— 扫描电压，使荧光屏上显现出回波的波形与变 化。
.精品课件.
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M型超声心动图的产生原理
.精品课件.
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上图是M超的简要方框图。其原理与A超基本相 同，只是同步电路控制发射电路与深度扫描电路同时
工作，回波信号为辉度调制。为便于测量，原来采用
照相机将图像照相后再进行测量的方法逐渐淘汰，现 在一般采用由微机控制，利用CRT电视监视器显示图 像，并能够储存和自动测量的超声心动图仪。
.精品课件.
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3. 电子直线扫描
与机械扫描不同，电子扫描仪的探头是由许
超声诊断学-PPT课件PPT课件
③空间峰值时间平均声强；
④空间峰值时间峰值声强。
其中，空间峰值时间平均声强（SPTAI）
在生物效应中最重要。
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超声诊断学
超声诊断的基础和原理
第一节 诊断超声的物理特性
四、人体组织对入射超声的作用
在人体组织中对超声敏感者有中枢神经系统、 视网膜、视神经、生殖腺、早孕期胚芽及3个月内 早孕、孕期胎儿颅脑、胎心等。对这些脏器的超 声检查，每一受检切面上其固定持续观察时间不 应超过1分钟 。
二、声源、声束、声场与分辨力
1、基本分辨力
（3）横向分辨力（transverse resolution)
声束轴线垂直的平面上，在探 头短轴方向的分辨力。横向分辨力 越好，图像上反映组织的切面情况 越真实。
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超声诊断学
超声诊断的基础和原理
第一节 诊断超声的物理特性
二、声源、声束、声场与分辨力
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超声诊断学
超声诊断的基础和原理
第二节 超声诊断的显示方式及其意义
一、脉冲回声式
基本工作原理:
①发射短脉冲超声 ②接收放大 ③数字扫描转换技术 ④显示图形
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超声诊断学
超声诊断的基础和原理
第二节 超声诊断的显示方式及其意义
一、脉冲回声式
1、A型 振幅调制型（amplitude modulation)
示波屏的X轴自左至 右代表回声时间的先后 次序，它一般代表人体 软组织的浅深（可在电 子标尺上直读）；而y 轴自基线上代表回声振 幅的高低。
入射超声遇到活动的 小界面或大界面后， 散射或反射回声的频 率发生改变，名多普 勒频移。
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超声诊断学
超声诊断的基础和原理
第一节 诊断超声的物理特性
第三章超声波检测技术
二、超声波的类型 1.纵波
纵波示意图
2.横波
横波示意图
3.表面波
4.板波
5.棒中的波 细棒中可产生纯纵波、弯曲波和扭曲波。 6.平面波 7.球面波
平面波
球面波
三、介质的超声传播特性 1.声速
超声波在介质中传输的速度即介质的声速。
2.声阻抗
声阻抗定义为传声介 质的密度与声速的乘积。
发射电路在同步脉冲作用下产生一高频调幅振荡即产生幅度调制波正弦填充脉冲猝发脉冲burstimpulse发射电路一方面将调幅波送入高频放大器放大使荧光屏上显示发射脉冲如荧光屏上的第一个脉冲另一方面将调幅波送到超声波探头激励探头产生一次超声振荡超声波进入人体后的反射波由探头接收并转换成电压信号该电压信号经高频放大器放大检波功率放大在荧光府上将显示出一系列的回波它们代表着各组织的特性和状况
3.声衰减 产生的原因可分为三个方面： （1）由于波前的扩般而产生的能量损失； （2）超声波在介质中的散射而产生的能量损 失，即散射损失 （3）由于介质内耗所产止的吸收衰减。
第二节 超声波换能器
超声波换能器又称为超声波探头，是完成超声 波发射和接收的关键器件。 所谓换能器就是能进行能量转换的器件。超声 波换能器可以将其他形式的能量转换成高频声 能(发射换能器)，并且也能够把超声能量转换 成其他易于检测的能量(接收换能器)：在超声 检测中往往用一个超声换能器，既作发射换能 器，又作接收换能器。 常用：压电换能器和磁致伸缩换能器
A型显示超声探伤仪方框图
电路各部分功能：
1.同步电路： 同步电路又称为触发电路，它产生周 期性的脉冲信号电压，用以同时触发仪器各部分电 路协调工作，是整机的指挥中心。 2.发射电路：发射电路用来产生高频、高幅度的窄 脉冲信号，通过超声换能器转换成超声波，从而对 被检测对象进行探测。要求如下： 发射功率大 脉冲宽度窄
超声诊断ppt课件完整版
操作后处理与报告书写
图像保存与处理
报告书写
将检查过程中的超声图像进行保存，并根据 需要进行处理，如放大、测量等。
根据检查结果，认真书写超声诊断报告，包 括患者信息、检查部位、超声表现、诊断意 见等。
结果解读与沟通
仪器维护与保养
向患者解释超声诊断结果，告知其病情及后 续治疗建议，同时与患者家属进行沟通，解 答其疑问。
弹性成像技术分类
包括静态/准静态弹性成像、声辐射力脉冲成像 (ARFI)、剪切波弹性成像(SWE)等。
临床应用
在乳腺、甲状腺、肝脏等器官的良恶性病变鉴别中有重要价值。
超声造影技术
超声造影剂
由微气泡构成，能增强血液的背向散射，提 高超声图像的对比度和分辨率。
超声造影技术分类
包括二次谐波成像、能量多普勒成像、反向 脉冲谐波成像等。
心脏血流动力学监测
通过多普勒超声技术，可以实时监测心脏内血流速度、血流量以及 血流方向等参数。
心血管疾病诊断
超声心动图对于冠心病、心肌病、心脏瓣膜病等心血管疾病的诊断具 有重要价值。
腹部脏器超声诊断
肝脏疾病诊断
超声可以检测肝脏大小、形态、 回声等异常表现，辅助诊断肝炎、
肝硬化、肝肿瘤等疾病。
胆道系统疾病诊断
临床应用
在心血管、腹部、妇产等领域有广泛应用， 如心肌灌注评估、肝肿瘤检测等。
其他新技术与新进展
超声内镜技术
将超声探头与内镜结合，可在直视下对消化道壁 及邻近脏器进行超声检查。
无线超声技术
利用无线通信技术，实现超声图像的实时传输和 远程会诊。
ABCD
血管内超声技术
使用微型超声探头置入血管内进行成像，用于评 估血管狭窄、斑块等病变。
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超声波束处理技术---
电子聚焦
五、非球面电子聚焦 非球面聚焦声场和球面聚焦声扬相比， 旁瓣增加许多。
在发射端，采用变迹技术，即对各阵元射 声波幅度加权，可抑制某些深度的旁瓣， 但总的旁瓣仍很大。
超声波束处理技术---可变孔径
当采用线阵球面聚焦时，延迟时间关系： 1 F nd 2 2 fn (1 [1 ( ) ] ) t0 c F 声束宽度：
相控阵超声探头
固定聚焦探头
多阵元相控阵探头
2.2
超声换能器的结构
单阵元和多阵元换能器 声聚焦和电子聚焦换能器 一维和二维换能器 数字和模拟波束生成器
2.2
超声换能器的结构
单阵元换能器
多阵元换能器
相控阵探头
方阵探头
多元线阵换能器
顺序扫描
多元线阵换能器间隔扫描多元线阵换能器
根据声学阵列的理论，当传播介质中声速 均匀分布时，主波束宽度随其偏转角度增 加而略为变宽，而旁般瓣级大小不随偏转 角变化。 但当传播介质中声速分布不均匀时，折射 相位误差产生的旁瓣或栅瓣将随偏转角增 大而增大。
超声波束处理技术---动态变迹
基于目前的电子扫瞄B型超声设备的水平，与 延迟网络相位量化误差相比，由折射相位误差 产生的旁瓣或栅瓣对图象质量的影响尚且处于 次要地位。 在有些全数字超声系统中，为了降低相位量化 误差，不得不采用很高的采样频率，因而，设 备难度和成本也随之增加。
可见，当F一定时， z 与换能器孔径D的平方成反比。
聚焦焦点直径 d 为：
F d 2.44 ( ) D
超声波束处理技术--
电子聚焦
在分段聚焦方式中，当需要在不同深度 横向分辨性能相当时，要求随扫查深度 与聚焦焦距F增加，换能器孔径D也同步 增加。 很明显，沿声束方向，聚焦深度不能均 匀分段。离换能器表面越近，设臵的聚 焦焦点越密集。
超声波束处理技术---动态变迹
二、变迹与动态变迹
孔径尺寸变迹 幅度加权变迹 幅度加权动态变迹
超声波束处理技术---动态变迹
幅度变迹
• 接收幅度变迹技术的基本出发点： • 对中心阵元信号赋予较大的权系数，向两边权
系数逐步渐减小，各阵元输出信号加权求和。
超声波束处理技术---动态变迹
2.3 超声换能器的特性
频率特性 阻抗匹配 吸收特性 灵敏度 辐射特性
频率特性
一般取发射、接收系统带宽等于换能器的 带宽； 在保证信噪比的情况下，尽量利用换能器 的频带宽度。
f opt
1 fs 2 Cm Lm
阻抗匹配
电阻抗匹配
声阻抗匹配
Zr C Z T C0
当声透镜中的声速小于人体中的声速时，声学 透镜表面应为凸曲面。
由于在声透镜中，超声波的传播速度比在人体 中慢，虽然有晶体发射的超声波是同时进入声 透镜的，但其外周的超声波比还在声透镜中的 超声波做得既快又远。
在中部的超声波最后从声透镜中出来时，外周 的超声波已经走得很远，从而将超声波聚焦到 一点。
幅度变迹
• 在接收过程中，也可采用其它幅度变迹函数，
超声波束处理技术--四、动态聚焦 3. 实时连续动态聚焦
电子聚焦
在信号接收过程中，同步连续的改变压控振荡 器输出参考载波频率，则延迟线各抽头输出参 考载波相位也同步连续变化。
因而，实时同步连续的改变了焦距焦距。
超声波束处理技术---
电子聚焦
五、非球面电子聚焦 采用球面聚焦方式，在焦点附近可使声束 很窄，但聚焦深度△z是十分有限的。 采用动态聚焦技术可使接收声束在不同深 度上均接近最佳，但发射声束只能采用固 定聚焦方式； 为了使发射聚焦深度覆盖绝大部分扫查深 度，发射聚焦只好采用弱聚焦方式。
儿童探头
波束控制方式分类：
•线扫探头 •相控阵探头 •机械扇扫探头 •方阵探头
几何形状分类
•矩形探头 •柱形探头 •弧形探头(凸形) •圆形探头 •柱形探头
柱形单振元探头
特征频率
受电激励后振动时间
的长短（暂态特性） 体积的大小
探头中换能器所用振元数目分类：
单阵元探头 多阵元探头
在电子扫描B超设备中，进行动态变迹处 理在于抑制旁瓣的影响。
超声波束处理技术---动态变迹
一、换能器的旁瓣
•
在没有采用动态变迹技术的B超设备中，旁 瓣是影响图象质量的最主要的因素之一。
超声波束处理技术---动态变迹
延迟网络相位量化误差产生栅瓣
• 在电子延迟聚焦相控阵延迟偏转扇形扫查
设备中，由于延迟网络延时或移相的非连 续性；
超声波束处理技术--一、线列阵电子聚焦
电子聚焦
2. 电子聚焦原理及其延时公式
超声波束处理技术--
电子聚焦
设阵元中心间距为d，换能器孔径为D，聚 焦点离换能器表面距离p，聚焦焦距为F， 传播介质中声速为c。 延时公式：
f
n
nd 2 F 1 1 c F
换能器阵列
匹配层
声透镜
外壳
电子凸阵超声探头
凸阵探头的结构原理与线 阵探头相类似，只是振元
排列成凸形；
但相同振元结构凸形探头
的视野要比线阵探头大。
电子凸阵超声探头
由于其探查视场为扇形，故对某些声窗较小的 脏器的探查比线阵探头更为优越； 比如检测骨下脏器，有二氧化碳和空气障碍的 部位更能显现其特点; 但凸形探头波束扫描远程扩散，必须给予线插 补，否则因线密度低将使影像清晰度变差。
1 2
t0
超声波束处理技术--
电子聚焦
阵元接收回波信号并转换为电信号后，对 各阵元输出电信号按设计的聚焦延迟量进 行延迟。 接收聚焦焦距与发射聚焦焦距相同时，各 阵元输出接收回波信号进行延迟的延迟时 间关系与上式完全相同。
超声波束处理技术---
电子聚焦
二、凸阵电子聚焦 凸阵扇形扫查有其独特优点，并已在B超 中被推广使用。
Z1 ZT Z m
ZT -换能器阻抗； Z r -发射源内阻；Z1 -面材阻抗；
-介质中的声阻抗； Zm
-匹配层厚度 l
l
4
合适的厚度和特性阻抗的匹配层，可以改善换能 器的频带宽度。
第三节 超声换能器的声场特性
超声辐射声场的空间分布与辐射频率、辐射 孔径及辐射面结构等有关。
空间波束的指向性函数：
Wf 2.44 F / nd
超声波束处理技术---可变孔径
超声波束处理技术---可变孔径
超声波束处理技术---可变孔径
可变孔径只能在 声波接收过程中 实现； 常与接收动态聚 焦配合使用。
超声波束处理技术---动态变迹
医学超声波系统中，主波束宽度、旁瓣级 大小、能获得的信号动态范围是影响超声 波信号与图象质量的三个重要的因素。
超声波束处理技术--三、面阵电子聚焦 1. 方阵电子聚焦
电子聚焦
超声波束处理技术--三、面阵电子聚焦 2.环阵电子聚焦
电子聚焦
表1 环阵阵元的尺寸
超声波束处理技术--四、动态聚焦 1. 非实时动态聚焦
电子聚焦
超声波束处理技术--四、动态聚焦
电子聚焦
2. 实时分段动态聚焦
不可能在发射时间内通过动态改变发射 焦距延迟达到动态聚焦的目的。 但在接收时间内，可个根据产生的回波 目标的深度，由浅渐深地改变焦距。
第三章 医用超声换能器
超声换能器的压电效应 超声换能器的种类
主 要 内 容
超声换能器的结构
超声换能器特性
声场特性（聚焦直径、近场、远场、主瓣、 旁瓣、栅瓣…）
超声波束处理技术（主要方法及其特点和 应用）
什么是超声换能器
医学诊断上所使用的超声波频率一般为 0.5MHz～15MHz，多是由压电晶体一类的材 料制成的超声探头产生的。
• 描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间分
布函数。
孔径分布函数与声压远场指向函数为一对 傅里叶变换。
换能器声场（近场与远场）
超声换能器与发射脉冲
声束的主瓣和旁瓣
声束的发散
动态孔径：近场用小孔径；远场用大孔径
第四节 超声波束处理技术
在超声波发射和 接收时，采用多 种波束处理技术， 使主波束变窄旁 瓣变小。
超声波束处理技术---
电子聚焦
超声波束处理技术--四、动态聚焦 3. 实时连续动态聚焦
电子聚焦
为了使不同深度的断面图像都具有最佳的横向分辨 力，要求分段实时动态聚焦焦点越密集越好。
超声波束处理技术--四、动态聚焦
电子聚焦
3. 实时连续动态聚焦
在相控阵系中，电子聚焦延迟可由相位延迟来 实现，而用量化台阶较大的时间延迟网络对脉 冲回波包络进行群延迟，以实现声束偏转。 去掉群延时网络，上述方法也可用于线性扫描 的电子动态聚焦。
•探头产生入射超声波和接收反射超声波 •高频电能激励探头中的晶体产生机械振动，
反射超声波的机械振动又可以通过探头转 换为电脉冲。
什么是超声换能器
利用压电陶瓷或晶体的正压电效应和逆压 电效应，可以将其做成超声波发射和人体 组织反射波接收的器件，即超声换能器， 也称探头。
探头能将电能转换成声能，又能够将声能 转换成电能；是超声诊断仪器的重要部件。 原理：晶体的压电效应